肿瘤医学部放射治疗科成立于2021年2月，由中心北院区（原解放军第302医院）和南院区（原解放军第307医院）放射治疗科组成。设立3个病区和2个放疗区，现有高职专家10名，专业技术人员122人。北院区放射治疗科是国内首家引进G4和VSI两台射波刀、全球使用射波刀治疗肝癌最多的科室，处于国内外领先水平，也是亚太地区射波刀肿瘤诊疗研究与示范中心。同时配备西门子加速器、CT/MRI模拟机、血管造影剂（飞利浦DSA FD20）及蔡司术中放疗系统。有两个病区和一个放疗区，重点开展射波刀精准治疗肝脏、肺部、胰腺、神经系统等全身各部位肿瘤、加速器调强放疗、肝动脉栓塞化疗、化疗、靶向治疗及经颈静脉肝内门体支架分流术（TIPS）。南院区放射治疗科始建于1957年，是我国首批开展肿瘤放射治疗工作的专业科室，是国产放疗设备唯一的国家级示范中心（科技部），也是全军肿瘤医学研究所、全军放射病专科中心重要的组成科室之一，同时还是国家卫生部核事故医学应急中心放射物理诊断检测中心。科室有1个病区和2个治疗区，治疗区装备有射波刀、TOMO刀、加速器等大型医用设备。科室拥有一支技术力量雄厚、临床经验丰富的专家队伍，医生、护士及物理技术人员共45人，其中享受国务院特殊津贴1人，百千万人才工程国家级人选1人，国家有突出贡献中青年专家1人，中国青年科技奖1人，中国科协“求是”杰出青年奖1人，军队创新高层次“学科拔尖人才”1人，军队“卓青”1人，总后科技新星和北京市科技新星1人，高级职称3人，中级职称11人，博士4人，硕士7人，另有研究生、进修生、实习生共16人。科室配备有射波刀、瓦里安医用直线加速器(2台)、新华医用电子直线加速器、 “月亮神”全身伽玛刀、钴60治疗机、后装治疗机、Mobetron术中放疗加速器、TOMO刀、飞利浦大孔径CT模拟定位机、放射治疗模拟机及相关放射治疗辅助设备。主要开展三维适形(3DCRT)、图像引导调强放射治疗(IGRT)、立体定向放射治疗(射波刀、伽玛刀)、全身照射、全脑全脊髓照射、近距离治疗、术中放疗、化疗、靶向治疗及肿瘤的综合治疗等。主要开展三维适形（3DCRT）、图像引导调强放射治疗（IGRT）、立体定向放射治疗(射波刀、γ刀)、全身照射、全脑全脊髓照射、近距离治疗、化疗、靶向治疗及肿瘤的综合治疗等。2020年安装并启用了全军暨大陆公立医院首台第六代射波刀（CyberKnife M6），M6射波刀是最新一代的、独特的用于肿瘤放射治疗的设备，用于立体定向治疗优势尤其明显，适用于全身各个部位肿瘤的精确治疗。M6与前几代射波刀比较，在软硬件上都有很大的改进。科室拥有一支行业顶尖的射波刀专家团队，组长为李建雄主任医师，成员有王军良副主任技师和李丹主管护师等，均具有资深的专业背景和丰富的临床经验，目前解放军总医院放疗团队已治疗各类病例数千例，牵头获中华医学科技进步一等奖、省科技进步一等奖、军队医疗成果二等奖和三等奖各一项。